Friedrich war der zweite Sohn des Großherzogs Leopold von Baden. Als Prinz des Hauses Baden war er von 1847 bis 1852 Mitglied der Ersten Kammer der Badischen Ständeversammlung. Da sein älterer Bruder (Ludwig II.) unheilbar krank war, übernahm er nach dem Tod seines Vaters die Regentschaft und später den Großherzog-Titel. Friedrich I. galt als sehr liberal und war Verfechter der konstitutionellen Monarchie.
Unter seiner Regentschaft wurden in Baden viele wichtige und richtungweisende Reformen durchgeführt, unter anderem wurde 1869 die bürgerliche Eheschließung wieder ermöglicht - sechs Jahre vor der reichseinheitlichen Zivilehe.

Unter seiner Herrschaft wurde das aufstrebende Mannheim zu einem Zentrum der Industrie, denn Friedrich I. ließ die Wasserwege und das Eisenbahnnetz den Anforderungen der Industrialisierung entsprechend ausbauen. Der als gebildet und kultiviert geltende Herrscher hat die Grundlagen für den wirtschaftlichen Wohlstand im Südwesten Deutschlands geschaffen. Friedrich I. galt auch früh als Förderer der Kunst: Die Errichtung der Großherzoglich-Badischen Kunstschule (die heutige Staatliche Akademie der Bildenden Künste Karlsruhe) im Jahr 1854 geht auf seine Initiative zurück. Zu den damals direkt von ihm geförderten Künstlern gehörte Rudolf Epp. Übrigens: Friedrich erwarb im Jahr 1853 die Insel Mainau, die bis 1918 im Eigentum des badischen Fürstenhauses blieb. Mit zahlreichen exotischen Pflanzen, die er von seinen Reisen mitbrachte, schuf er die Basis für den heute noch existierenden Park.